低室温离子电导率和界面不兼容性严重阻碍了聚合物电解质在锂金属电池中的进一步应用。
基于此，2025年3月20日，中国科学院大学李晓毅、张辽云等人在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《A Novel Orientation Aliphatic Ketone-Based Liquid Crystal Polymer Electrolyte for High-Voltage Solid-State Lithium Metal Batteries》的研究论文。
在此，作者通过在纤维素纳米纤维（CNF）存在下，利用液晶单体（FPZ-LC，FL）和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA，M）的原位热聚合，制备了一种新型剪切取向（SO）的脂肪族酮羰基基液晶复合固体聚合物电解质（FL7M3@CSPESO），其中还添加了三乙二醇二甲醚（G3）和锂盐（双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂，LiTFSI）。
酮羰基的高极性提高了锂盐的解离能力。高度取向的液晶提供了快速的离子传输通道。因此，FL7M3@CSPESO在30℃时实现了10⁻⁴ S cm⁻¹的离子电导率和0.52的锂离子迁移数（tLi⁺）。
此外，原位形成的稳定界面层有效抑制了锂枝晶的生长。组装的Li/FL7M3@CSPESO/Li电池在30℃、0.05 mA cm⁻²下稳定运行超过5500小时。令人印象深刻的是，组装的Li/FL7M3@CSPESO/NCM811电池在-5℃、0.05 C和4.4 V条件下，实现了超过1200小时的长循环，容量保持率为92%。
这项工作不仅突出了脂肪族酮羰基和高度取向液晶在提高离子传输能力方面的优势，还为适合低温和高电压固态锂金属电池的先进聚合物电解质提供了一种设计策略。
A Novel Orientation Aliphatic Ketone-Based Liquid Crystal Polymer Electrolyte for High-Voltage Solid-State Lithium Metal Batteries, Adv. Funct. Mater., 2025.https://doi.org/10.1002/adfm.202502613
